高考物理（山東專用）一輪復(fù)習(xí)專題十四光教學(xué)課件

考點(diǎn)一光的折射與全反射一、光的折射1.折射定律(1)內(nèi)容:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于

法線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比。注意在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。

(2)表達(dá)式:

=n12(n12為比例常數(shù))。2.折射率(1)物理意義:折射率反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)。折射率越大,光以相同入射角從真空射入

該介質(zhì)時(shí),光的偏折角度越大。(2)定義式:n=

,折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率共同決定。(3)與速度的關(guān)系:n=

>1二、全反射1.光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)

光密介質(zhì)光疏介質(zhì)折射率大小介質(zhì)中的光速小大相對(duì)性若n甲>n乙,則甲相對(duì)乙是光密介質(zhì)若n甲<n丙,則甲相對(duì)丙是光疏介質(zhì)2.全反射(1)定義光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),當(dāng)入射角增大到某一角度,使折射角達(dá)到90°時(shí),折射光全

部消失,只剩下反射光的現(xiàn)象。(2)條件①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì);②入射角大于或等于臨界角。(3)臨界角①定義:折射角為90°時(shí)的入射角叫作臨界角C。構(gòu)造由內(nèi)芯和外套組成,內(nèi)芯的折射率大于外套的折射

率,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射傳播路徑

原理光的全反射②與折射率的關(guān)系:光從折射率為n的介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí),sinC=

。(4)應(yīng)用——光導(dǎo)纖維三、光的色散1.現(xiàn)象:一束白光通過(guò)三棱鏡后在屏上會(huì)形成彩色光帶,如圖所示。2.成因:棱鏡對(duì)不同色光的折射率不同,對(duì)紅光的折射率最小,紅光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最小;對(duì)紫光的折射率最大,紫光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最大,從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。3.各種色光的比較分析顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率低→高波長(zhǎng)大→小同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度

大→小全反射的臨界角

大→小通過(guò)棱鏡的偏折角小→大光子的能量(E=hν)小→大光子的動(dòng)量

小→大用同一雙縫干涉裝置產(chǎn)生的條紋中心間距

大→小例1如圖所示,一束紅光和一束黃光,從O點(diǎn)以相同角度沿PO方向射入橫截面為半圓

形的玻璃柱體,其折射光線分別從M、N兩點(diǎn)射出,已知α=45°,β=60°,則下列說(shuō)法正確的

是

(

)

A.ON是紅光,OM是黃光B.玻璃柱體對(duì)OM光束的折射率為

C.沿ON路徑傳播的光穿過(guò)玻璃柱體所需時(shí)間較長(zhǎng)D.若將OM光束從N點(diǎn)沿著NO方向射入,可能發(fā)生全反射

解析

紅光的頻率低于黃光的頻率,則紅光的折射率小于黃光的折射率,又已知兩種光均沿PO方向入射后,紅光偏轉(zhuǎn)的程度較小,結(jié)合題圖可知,OM為紅光,ON為黃光,故A

錯(cuò)誤。對(duì)OM光束,根據(jù)光的折射定律有nM=

=

=

,故B錯(cuò)誤。根據(jù)公式n=

,可知光在介質(zhì)中的傳播速度v=

,因?yàn)閚M<nN,所以vM>vN,而光穿過(guò)玻璃柱體的路程相同,則沿ON路徑傳播的光穿過(guò)玻璃柱體所需時(shí)間較長(zhǎng),故C正確。OM光束發(fā)生全

反射的臨界角C有sinC=

=

=

,解得C=45°;若將OM光束從N點(diǎn)沿著NO方向射入,此時(shí)的入射角小于臨界角,不會(huì)發(fā)生全反射,故D錯(cuò)誤。

答案

C知識(shí)拓展解決光的傳播時(shí)間的一般思路(1)光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不變,即v=

。(2)光的傳播路程s應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行分析。(3)利用t=

求解光的傳播時(shí)間?？键c(diǎn)二光的波動(dòng)性一、光的干涉1.干涉定義在兩列光波疊加的區(qū)域,某些區(qū)域相互加強(qiáng),出現(xiàn)

亮條紋,某些區(qū)域相互減弱,出現(xiàn)暗條紋,且加強(qiáng)區(qū)

域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象條件兩列光波的頻率相同、振動(dòng)方向相同且相位差恒

定雙縫干涉(1)單色光照射產(chǎn)生明、暗條紋的條件①光的路程差r2-r1=±kλ(k=0,1,2,…),光屏上出現(xiàn)亮

條紋②光的路程差r2-r1=±(2k+1)

(k=0,1,2,…),光屏上出現(xiàn)暗條紋(2)相鄰亮(暗)條紋的中心間距Δx=

λ(3)白光:光屏上出現(xiàn)彩色條紋薄膜干涉(1)原理:薄膜上不同位置厚度一般不同,入射光照

在薄膜的不同位置,來(lái)自薄膜前后兩個(gè)面的反射光

的路程差不同,疊加后出現(xiàn)亮條紋或暗條紋(2)應(yīng)用:①增透膜;②檢測(cè)光學(xué)平面的平滑度提醒將同一單色光波分解為兩列光波,可以獲得相干光源。2.雙縫干涉圖樣的特點(diǎn)單色光照射:中央為亮條紋,向兩側(cè)有明暗相間的條紋,間距相等,亮度基本相同。復(fù)合光照射:中央仍然為亮條紋,最靠近中央的為紫光,離中央最遠(yuǎn)的為紅光。二、光的衍射1.發(fā)生明顯衍射的條件:障礙物或狹縫的尺寸與光的波長(zhǎng)相差不多,或比光的波長(zhǎng)還小。2.衍射條紋的特點(diǎn)(1)當(dāng)單色光衍射時(shí),中央為亮條紋,向兩側(cè)或四周有明暗相間的條紋,但間距不相等,亮度逐漸變暗。(2)當(dāng)復(fù)合光衍射時(shí),中央仍然為亮條紋,最靠近中央的為紫光,最遠(yuǎn)離中央的為紅光。三、光的干涉和衍射的比較

單縫衍射雙縫干涉圖樣(陰影部分表示亮條紋)

不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度不相等,中央的最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋中心間距不相等各相鄰條紋中心間距相等亮度中央條紋最亮,兩邊較暗清晰條紋,亮度基本相同相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象,屬于波的疊加;光的干涉與衍射都有明暗相間的條紋四、光的偏振1.偏振光的定義:在垂直于光的傳播方向上,只沿某個(gè)特定的方向振動(dòng)的光。2.偏振光的形成:(1)自然光通過(guò)偏振片;(2)自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射。3.偏振光的應(yīng)用:照相機(jī)鏡頭前加偏振片、液晶顯示器、立體電影等。4.光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是一種橫波。例2如圖所示的四種明暗相間的條紋分別是黃光、紫光各自通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉

儀器形成的干涉圖樣以及紅光、藍(lán)光各自通過(guò)同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(陰影部分

表示亮條紋)。在下面的四幅圖中從左往右排列,亮條紋的顏色依次是

(

)

A.黃藍(lán)紫紅

B.黃紅紫藍(lán)C.藍(lán)紫紅黃

D.藍(lán)黃紅紫

解析

雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋,所有條紋寬度相同且各相鄰條紋等間距,故題圖1和3是雙縫干涉圖樣,根據(jù)雙縫干涉條紋間距Δx=

λ,可知波長(zhǎng)λ越大,Δx越大,故題圖1是黃光的干涉圖樣,題圖3是紫光的干涉圖樣;單縫衍射條紋中間明亮且

寬大,越向兩側(cè)寬度越小且越暗,故題圖2和4為單縫衍射圖樣,根據(jù)波長(zhǎng)越長(zhǎng)衍射現(xiàn)象

越明顯,可知題圖4為紅光的衍射圖樣,題圖2為藍(lán)光的衍射圖樣,故從左向右依次是黃

光、藍(lán)光、紫光和紅光,故選A。

答案

A

平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形橫截面是圓對(duì)光的作用

通過(guò)平行玻璃磚的光不改變傳播方向,但要發(fā)生側(cè)移

通過(guò)三棱鏡的光經(jīng)兩次折射后,光向棱鏡底面偏折

圓界面的法線是過(guò)圓心的直線,光經(jīng)過(guò)兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測(cè)量玻璃的折射率全反射棱鏡,改變光的傳播方向微專題19光路分析一、平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制知識(shí)拓展

全反射棱鏡:可以改變光的傳播方向。

例3某種材料制成的透明磚的截面如圖所示,△BOC為直角三角形,∠C=60°,OB=d。

一細(xì)束單色光從BC的中點(diǎn)P垂直于BC面入射后,在OC面恰好發(fā)生全反射。已知光在

真空中的速度大小為c,則

(

)

A.光從空氣射入透明磚中頻率變小B.光從空氣射入透明磚中波長(zhǎng)變長(zhǎng)C.透明磚對(duì)該光的折射率為

D.光線從P點(diǎn)射到OC面用時(shí)為

解析

光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì),頻率不變,故A錯(cuò)誤。根據(jù)光速與折射率的關(guān)系v=

可得,光從空氣射入透明磚后,波速v變小,由λ=

可得,光的波長(zhǎng)變短,故B錯(cuò)誤。畫出光在透明磚中的光路圖,如圖所示,根據(jù)題意,結(jié)合幾何關(guān)系,可得臨界角為∠1=60

°,其中sin∠1=

,解得透明磚對(duì)該光的折射率n=

,故C正確。光在透明磚中的速度大小為v=

,由幾何關(guān)系可得PD=

d,光線從P點(diǎn)射到OC面時(shí)間為t=

=

,故D錯(cuò)誤。

答案

C歸納總結(jié)

(1)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率不變,根據(jù)n=

來(lái)判斷光在介質(zhì)中的傳播速度,再根據(jù)v=λf來(lái)判斷波長(zhǎng)變化。(2)折射率越大越容易發(fā)生全反射。二、復(fù)雜光路分析思路1.復(fù)雜光路的特點(diǎn)(1)光路進(jìn)出不同的界面;(2)涉及光傳播的多過(guò)程問(wèn)題;(3)在光路中出現(xiàn)多次折射和反射;(4)可能有全反射(需要判斷條件)。2.復(fù)雜光路界面的特點(diǎn):界面可能是平面、曲面等多種形式。3.復(fù)雜光路的解決思路(1)判斷是否發(fā)生全反射:根據(jù)題設(shè)條件判斷光在介質(zhì)分界面是否發(fā)生全反射。(2)準(zhǔn)確畫出光路圖:進(jìn)入不同界面時(shí),運(yùn)用幾何關(guān)系、反射定律、折射定律等找出入射角、反射角以及折射角的關(guān)系,畫出反射、折射或者全反射的光路圖,必要時(shí)可以

根據(jù)光路可逆原理等畫出光路圖。(3)求解相關(guān)問(wèn)題。易錯(cuò)警示一束光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)時(shí),一般情況在分界面上有入射光、反

射光和折射光,當(dāng)在分界面發(fā)生全反射時(shí),在分界面上只有入射光和反射光,折射光消

失。例4如圖為一個(gè)透明光學(xué)元件的截面圖,左側(cè)為矩形,BC邊水平,AB邊長(zhǎng)為6cm,AD邊

長(zhǎng)為5

cm,右側(cè)邊界是半徑為6cm的四分之一圓弧。一束單色光由空氣從左側(cè)邊界上距B點(diǎn)1cm的P點(diǎn)與水平線成45°角射入光學(xué)元件,在元件中第一次到達(dá)邊界的位置

為D點(diǎn)。已知光在真空中的傳播速度為c=3×108m/s。求:

(1)該光學(xué)元件的折射率;(2)光束從入射至第一次離開光學(xué)元件所用的時(shí)間(結(jié)果可用根號(hào)表示)。

解析

(1)如圖甲所示

由幾何關(guān)系可知tanr=

=

,可知r=30°,根據(jù)n=

,聯(lián)立解得n=

=

。(2)由n=

解得C=45°,如圖乙所示,由幾何關(guān)系可知∠PDC=60°>C,所以光束在D點(diǎn)發(fā)生全反射,由